本書主要介紹功能金屬有機(jī)框架(MOFs）復(fù)合材料的制備和在生物醫(yī)藥上的應(yīng)用。利用不同的MOFs作為藥物載體，后修飾靶向試劑葉酸和熒光試劑 5-羧基熒光素后構(gòu)建了多個(gè)可靶向識(shí)別癌細(xì)胞、熒光成像和藥物遞送的多功能MOFs，并利用Fe-MOFs、Gd-MOFs作為藥物載體和核磁共振成像試劑，得到了多個(gè)可靶向識(shí)別癌細(xì)胞、核磁共振-熒光成像和藥物遞送的多功能MOFs，設(shè)計(jì)合成了刺激-響應(yīng)藥物釋放體系和光動(dòng)力治療體系，對(duì)MOFs基生物小分子熒光探針進(jìn)行了分析研究。
本書可供從事功能金屬有機(jī)框架材料相關(guān)研究的科研人員和材料學(xué)科相關(guān)專業(yè)的師生參考。

高雪川，女，理學(xué)博士，山西省原平市人。現(xiàn)為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，二氧化碳資源化利用自治區(qū)高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員。目前主要從事功能配位聚合物的設(shè)計(jì)、合成及其在藥物載體、生物檢測(cè)及二氧化碳轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用研究工作。2020年入選內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)“新世紀(jì)321人才工程”第三層次。主持內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金多項(xiàng)。發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文10余篇。
崔瑞雪，女，理學(xué)博士，內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市人。現(xiàn)為內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院講師，二氧化碳資源化利用自治區(qū)高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員。目前主要從事功能配位聚合物的設(shè)計(jì)、合成及其在藥物載體、生物檢測(cè)及催化方面的應(yīng)用研究工作。發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文10余篇。

本文以提高M(jìn)OFs在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用潛力為目的，設(shè)計(jì)合成了多個(gè)兼具生物成像、藥物可控釋放和靶向識(shí)別癌細(xì)胞能力的多功能MOFs。同時(shí)設(shè)計(jì)構(gòu)建了pH響應(yīng)型藥物釋放體系和光動(dòng)力治療體系。本文通過(guò)MOFs的功能化，有效地實(shí)現(xiàn)了診療一體化，拓寬了MOFs在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)新材料需求的增加，具有特定功能或性能的功能材料的研究和應(yīng)用正處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段。功能材料是先進(jìn)材料領(lǐng)域的核心，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，根據(jù)功能材料的基體材料可主要分為功能金屬材料、功能高分子材料、功能無(wú)機(jī)非金屬材料、功能金屬有機(jī)框架（MOFs）材料等，其中關(guān)于功能金屬有機(jī)框架材料的研究較為活躍，各類新技術(shù)、新材料和新專利層出不窮，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
功能金屬有機(jī)框架材料是近二十年以來(lái)發(fā)展迅速的一類配位聚合物，具有三維孔結(jié)構(gòu)，一般以金屬離子為連接點(diǎn)，有機(jī)配體為支撐構(gòu)成空間三維延伸，是繼沸石和碳納米管后的又一類重要的新型多孔材料。目前，金屬有機(jī)框架材料已經(jīng)成為無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和材料化學(xué)等多個(gè)化學(xué)分支的重要研究方向。金屬有機(jī)框架材料兼具無(wú)機(jī)材料的剛性和有機(jī)材料的柔性特征，具有可定制性、結(jié)構(gòu)多樣性、孔徑可調(diào)、比表面積大、生物可降解等優(yōu)勢(shì)，且可以通過(guò)后修飾等策略對(duì)原始金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行功能化，因此功能金屬有機(jī)框架材料在催化、儲(chǔ)能、傳感、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。生物醫(yī)藥行業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生、國(guó)家安全的戰(zhàn)略性新興行業(yè)，是健康中國(guó)建設(shè)的重要基礎(chǔ)。生物醫(yī)藥領(lǐng)域兼具民生保障功能與高技術(shù)壁壘，圍繞人類的整個(gè)生命過(guò)程，提供藥物和醫(yī)療器械等支持。功能金屬有機(jī)框架材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要有藥物遞送、生物成像、生物檢測(cè)、光動(dòng)力治療等。
功能金屬有機(jī)框架材料得益于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在生物小分子識(shí)別領(lǐng)域嶄露頭角。生物活性小分子在生理過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。體內(nèi)某些物質(zhì)濃度的異常，會(huì)引起疾病，影響機(jī)體健康。為了保障人們的身體健康，發(fā)展方便快捷、靈敏可靠的分析方法用于生物小分子的檢測(cè)，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)、生理/病理過(guò)程的研究具有重要意義。
惡性腫瘤是世界范圍內(nèi)的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題，目前臨床上常用的治療手段包括手術(shù)治療、放射療法、化學(xué)藥物治療、激素治療、靶向生物治療等。盡管手術(shù)、放療和化療等傳統(tǒng)治療方法在技術(shù)上不斷進(jìn)步，但普遍存在難以完全清除癌細(xì)胞，對(duì)正常組織和器官的毒副作用大，易引起生理功能障礙等問(wèn)題，導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降，預(yù)后狀況差。有效、精確的生物成像技術(shù)可以對(duì)生物體形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察表征，并且動(dòng)態(tài)、相對(duì)定量地衡量組織或者器官在生理或者病理情況下的變化，對(duì)于疾病診斷、術(shù)中指導(dǎo)和術(shù)后評(píng)估，特別是癌癥的診斷和精準(zhǔn)治療，占有至關(guān)重要的地位。近年來(lái)，基于功能金屬有機(jī)框架材料的光動(dòng)力治療和協(xié)同治療等新興的治療手段在飛速發(fā)展，同時(shí)功能金屬有機(jī)框架材料作為成像探針也在顯著提高治療和診斷的準(zhǔn)確性，靶向治療和精準(zhǔn)醫(yī)療逐漸成為研究的熱點(diǎn)。
本書從配位聚合物材料基本理論出發(fā)，以功能金屬有機(jī)框架材料為主線，全面系統(tǒng)地介紹了功能金屬有機(jī)框架材料的設(shè)計(jì)思路和制備方法，研究了多種功能金屬有機(jī)框架材料在生物小分子識(shí)別、生物成像、癌癥治療方面的性能和應(yīng)用，為功能金屬有機(jī)框架材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
本書內(nèi)容分為5章。第1章對(duì)金屬有機(jī)框架材料的晶體結(jié)構(gòu)、合成方法以及在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。第2章對(duì)具有熒光成像能力的MOFs基靶向藥物遞送載體進(jìn)行分析研究，第3章對(duì)具有磁共振/熒光雙模態(tài)成像的MOFs基藥物遞送載體進(jìn)行分析研究，第4章對(duì)具有pH響應(yīng)機(jī)制、光動(dòng)力治療、協(xié)同治療能力的MOFs基藥物遞送載體進(jìn)行分析研究。第5章對(duì)MOFs基生物小分子熒光探針進(jìn)行分析研究。本書較全面地涵蓋了功能金屬有機(jī)框架材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生物應(yīng)用，從構(gòu)效關(guān)系出發(fā)研究了材料的性能，盡可能反映金屬有機(jī)框架材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的新技術(shù)、新理論、新知識(shí)，突出先進(jìn)性。
本書在編寫和出版過(guò)程中，得到各位同行和學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，還得到內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)雙一流建設(shè)基金（RK2300003397）、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)基金（BS201909）、內(nèi)蒙古自治區(qū)直屬高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（JY20220177）的資助，在此一并感謝。
限于編者的水平，書中難免存在不足之處，懇請(qǐng)讀者和同行專家批評(píng)指正。

作者
2024年5月

第1章 金屬-有機(jī)框架（MOFs）材料概述 1
1.1 MOFs 的合成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1
1.1.1 MOFs單晶的合成 1
1.1.2 MOFs納米粒子的合成 2
1.1.3 MOFs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2
1.2 MOFs 作為藥物載體的研究進(jìn)展 3
1.2.1 MOFs的藥物負(fù)載方式 3
1.2.2 MOFs的藥物釋放行為 4
1.3 MOFs 作為成像試劑的研究進(jìn)展 8
1.3.1 MOFs基熒光成像試劑 8
1.3.2 MOFs基核磁共振成像試劑 8
1.3.3 MOFs基熒光-核磁共振雙模成像試劑 9
1.4 MOFs 在光動(dòng)力治療和化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療中的應(yīng)用 9
1.4.1 光動(dòng)力治療 9
1.4.2 化學(xué)動(dòng)力治療 11
1.4.3 協(xié)同治療 13
1.5 熒光MOFs 材料用于熒光傳感 14
1.5.1 離子檢測(cè) 14
1.5.2 小分子檢測(cè) 15
1.5.3 溫度與濕度傳感 16
1.5.4 氣體分子傳感 17
1.5.5 基于MOFs材料的熒光開(kāi)關(guān) 17
參考文獻(xiàn) 18

第2章 MOFs 基熒光藥物載體 25
2.1 中空Z(yǔ)IF-8 基熒光藥物載體 25
2.1.1 ZIF-8/5-FU@FA-CHI-5-FAM 的制備 25
2.1.2 ZIF-8/5-FU@FA-CHI-5-FAM 的結(jié)構(gòu)表征 28
2.1.3 ZIF-8/5-FU@FA-CHI-5-FAM 的熒光成像和藥物釋放性能研究 32
2.2 A-l MOFs 基熒光藥物載體 35
2.2.1 RhB@Al-MOFs的制備 35
2.2.2 RhB@Al-MOFs的結(jié)構(gòu)表征 37
2.2.3 RhB@Al-MOFs的熒光成像和藥物釋放性能研究 42
2.3 UiO-66-NH2 基熒光藥物載體 44
2.3.1 UiO-66-NH2-FA-5-FAM/5-FU的制備 44
2.3.2 UiO-66-NH2-FA-5-FAM/5-FU的結(jié)構(gòu)表征 47
2.3.3 UiO-66-NH2-FA-5-FAM/5-FU的熒光成像和藥物釋放性能研究 51
參考文獻(xiàn) 55

第3章 MOFs 基熒光-磁性藥物載體 60
3.1 中空Fe-MOF-5 基熒光-磁性藥物載體 60
3.1.1 Fe-MOF-5-NH2-FA-5-FAM/5-FU的制備 60
3.1.2 Fe-MOF-5-NH2-FA-5-FAM/5-FU的結(jié)構(gòu)表征 63
3.1.3 Fe-MOF-5-NH2-FA-5-FAM/5-FU 的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 66
3.2 Gd-MOFs 基磁性-熒光藥物載體 70
3.2.1 RhB@Gd-MOFs的制備 70
3.2.2 RhB@Gd-MOFs的結(jié)構(gòu)表征 72
3.2.3 RhB@Gd-MOFs的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 75
3.3 Fe-MOFs/Eu-MOFs 基熒光-磁性藥物載體 79
3.3.1 Fe-MOFs/Eu-MOFs的制備 79
3.3.2 Fe-MOFs/Eu-MOFs的結(jié)構(gòu)表征 81
3.3.3 Fe-MOFs/Eu-MOFs的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 83
3.4 Fe-MIL-53-NH2 基熒光-磁性藥物載體 88
3.4.1 Fe-MIL-53-NH2-FA-5-FAM/5-FU的制備 88
3.4.2 Fe-MIL-53-NH2-FA-5-FAM/5-FU的結(jié)構(gòu)表征 91
3.4.3 Fe-MIL-53-NH2-FA-5-FAM/5-FU 的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 94
3.5 ZIF-8 基磁性-熒光藥物載體 99
3.5.1 DOX/Fe3O4@ZIF-8的制備 99
3.5.2 DOX/Fe3O4@ZIF-8的結(jié)構(gòu)表征 100
3.5.3 DOX/Fe3O4@ZIF-8的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 101
參考文獻(xiàn) 105

第4章 MOFs 基pH 和光響應(yīng)藥物載體 112
4.1 Zn-MOFs 基pH 響應(yīng)藥物載體 113
4.1.1 Zn-MOFs的制備 113
4.1.2 Zn-MOFs的結(jié)構(gòu)表征 114
4.1.3 Zn-MOFs的藥物釋放行為研究 116
4.2 T-i MIL-125 基光動(dòng)力治療體系 117
4.2.1 PB@Ti-MIL-125的制備 117
4.2.2 PB@Ti-MIL-125的結(jié)構(gòu)表征 119
4.2.3 PB@Ti-MIL-125的熒光成像和光動(dòng)力治療性能研究 122
4.3 UiO-67 基化學(xué)/光動(dòng)力協(xié)同治療體系 124
4.3.1 DOX@UiO-67@TiO2 的制備 124
4.3.2 DOX@UiO-67@TiO2 的結(jié)構(gòu)表征 127
4.3.3 DOX@UiO-67@TiO2 的化學(xué)動(dòng)力學(xué)和光動(dòng)力性能研究 131
參考文獻(xiàn) 139

第5章 MOFs 基生物小分子熒光探針 144
5.1 Zn-MOFs 基氨基酸熒光探針 144
5.1.1 Cu/Tb@Zn-MOFs的制備 144
5.1.2 Cu/Tb@Zn-MOFs的結(jié)構(gòu)表征 146
5.1.3 Cu/Tb@Zn-MOFs的熒光性質(zhì)及氨基酸識(shí)別性能 147
5.2 片層狀Zn-MOFs 基葉酸熒光探針 156
5.2.1 Zn-MOFs的制備 156
5.2.2 Zn-MOFs的結(jié)構(gòu)表征 157
5.2.3 Zn-MOFs熒光性質(zhì)與葉酸識(shí)別性能 158

參考文獻(xiàn) 161